基于ARM的机械传动设备状态无线监测系统的研制

发布时间：2017-08-10 20:23

  本文关键词：基于ARM的机械传动设备状态无线监测系统的研制

  更多相关文章： 机械传动设备 ARM 无线监测 IEEE802.15.4 低功耗

【摘要】：机械传动设备在现代工业生产中有着广泛的应用,其运行状态直接关乎整个系统的安全性和可靠性。随着机械设备的自动化程度和精密化程度越来越高,对机械传动设备监测系统提出了更高的要求。传统机械传动设备监测系统一般是采用传感器在机械传动设备箱体外部感知振动信号,存在原始信号成分少、噪声干扰大、设备体积大、价格高、环境适应能力差等缺点,使得研究人员对关键的传动设备的状态分析、故障诊断研究十分困难。因此,亟需研制一种高效的机械传动设备监测系统。本文研究了基于ARM的机械设备状态无线监测系统,使之能适应箱体封闭、内部温度高、转速高、有润滑油、有油气、存在变速、变载、安装空间小等特殊机械环境。本系统利用加速度传感器在机械箱体内部直接获取局域变化引起的振动信号,采集的数据通过无线模块发送给接收终端,接收终端通过USB接口将数据传输给上位机,由上位机进行显示、分析、存储等。考虑到机械内部复杂的环境,本文采用信号中继的方法,以增强无线信号的传输距离。系统由采集节点、中继节点和接收终端组成,采用基于Cortex-M3架构的ARM微控制器LPC1768作为各部分主控制器,为增强系统在软硬件方面的可扩展性和可靠性,系统采用μC/OS-II操作系统,并根据各节点具体功能进行裁剪。采集节点采集的传感器数据一边通过无线收发器发送出去,一边存储在大容量NAND Flash里,为保证数据操作的安全性,存储软件设计中使用了ECC校验和坏块管理算法。由于机械内部存在严重的信号衰减,在节点的无线收发电路中添加了功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA),以增强无线信号的发送功率和接收灵敏度。同时,为保证无线传输成功率,本文研究了基于AT86RF212收发器、支持IEEE802.15.4协议标准的节点间可靠通信机制,实现了基于应答帧(ACK)的重传机制、地址过滤、帧校验等安全机制。另外,系统使用电池供电,特别是采集节点位于机械箱体内部,不易被取出,必须考虑功耗问题,在保证无线传输稳定可靠的基础上,采用了给功率放大电路间歇供电和系统自动睡眠的方法来降低采集节点的部分功耗。最后,将本系统应用在机械传动实验室中齿轮传动箱中齿轮故障信号的监测,实验结果表明,该系统能实时采集齿轮的故障信号,测试取得了良好的效果,满足了系统在微型化、抗干扰、低功耗、无线传输可靠性等方面的要求。
【关键词】：机械传动设备 ARM 无线监测 IEEE802.15.4 低功耗
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132;TP274
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景和意义8-9
• 1.2 课题来源9
• 1.3 国内外研究现状9-12
• 1.4 本文的研究内容与论文的结构12-14
• 2 总体方案设计14-22
• 2.1 系统工作原理14
• 2.2 系统方案确定14-20
• 2.3 系统技术指标20
• 2.4 本章小结20-22
• 3 系统硬件设计22-36
• 3.1 微控制器电路设计22-23
• 3.2 信号采集电路设计23-25
• 3.2.1 传感器和调理电路设计23-24
• 3.2.2 A/D电路设计24-25
• 3.3 无线收发电路设计25-32
• 3.3.1 无线收发器介绍25-26
• 3.3.2 无线收发电路设计26-32
• 3.4 存储模块设计32-33
• 3.4.1 存储模块介绍32
• 3.4.2 存储模块电路设计32-33
• 3.5 电源模块设计33-34
• 3.6 PCB设计34-35
• 3.7 本章小结35-36
• 4 系统软件设计36-76
• 4.1 整体软件设计36-38
• 4.1.1 系统架构36-37
• 4.1.2 软件设计概要37-38
• 4.1.3 软件开发环境介绍38
• 4.2 μC/OS移植38-40
• 4.3 信号采集软件设计40-43
• 4.3.1 AD7699 驱动设计41
• 4.3.2 数据采集任务设计41-43
• 4.4 数据存储软件设计43-52
• 4.4.1 Flash驱动设计43-45
• 4.4.2 存储管理算法45-51
• 4.4.3 Flash任务设计51-52
• 4.5 USB通信软件设计52-61
• 4.5.1 USB通信介绍52-55
• 4.5.2 USB驱动设计55-59
• 4.5.3 USB任务设计59-61
• 4.6 无线收发软件设计61-72
• 4.6.1 无线收发机制介绍61-67
• 4.6.2 无线收发驱动设计67-68
• 4.6.3 低功耗设计68-70
• 4.6.4 无线传输任务设计70-72
• 4.7 上位机软件设计72-74
• 4.8 本章小结74-76
• 5 系统测试与结果分析76-82
• 5.1 齿轮传动箱中齿轮故障监测76-81
• 5.2 本章小结81-82
• 6 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 后续工作及展望83-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-90
• 附录90-91
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录90
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目90
• C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科技竞赛90-91
• D. 机械传动设备无线监测系统实物图91

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本文编号：652503